EEG Biofeedback muistin parantamiseksi aikuisilla, joilla on dementia (QMFFTD)

Tavoitteet ja merkitys

1. Mikä on (ovat) tutkimuksen ensisijainen tavoite? Tämän tutkimuksen tarkoituksena on arvioida biofeedback-harjoittelun tehokkuutta alueellisen aivoverenkierron (CBF) ja huippualfataajuuden (PAF) lisäämiseksi kognitiivisiin ja käyttäytymisoireisiin. frontotemporaalinen dementia (FTD). Mittaamme myös EEG-ohjatun fotostimulaation vaikutuksia PAF-neurofeedbackin aikana korkeampien PAF-tilojen ja niihin liittyvien kliinisten tulosten oppimiseen.
2. Mikä on (ovat) tutkimuksen toissijainen tavoite? Tässä tutkimuksessa kerätään erilaisia ​​kliinisiä, neuropsykologisia ja fysiologisia muuttujia. Esimerkiksi täydellinen 19-kanavainen kvantitatiivinen EEG (QEEG) -arviointi suoritetaan oton yhteydessä. EEG-tehon ja koherenssin sekä tämän häiriön oireiden välinen suhde voisi mahdollisesti tarjota tärkeän panoksen QEEG:n hyödyllisyydestä erotusdiagnoosissa käsittelevään kirjallisuuteen.

Tutkimuksen lisätavoitteena on auttaa ymmärtämään, miten neurofeedback toimii. Teemme esimerkiksi mittauksia määrittääksemme, sisältääkö PAF:n hallitsemisen oppiminen tietoisuuden jostain PAF:iin liittyvästä sisäisestä subjektiivisesta tilasta. Palkkiosignaalin vaikutus P300-nimiseen aivoaaltoon saattaa myös osoittaa, kuinka tärkeää on, että palkkioääni kuuluu suurimman osan ajasta neurofeedback-istuntojen aikana. Lopuksi mitataan, muuttuuko verenvirtaus EEG-biofeedbackin aikana ja vaikuttaako verenvirtauksen biofeedback EEG:hen.

Ehdotamme useita mittauksia, jotka auttavat ymmärtämään neurofeedbackin vaikutusmekanismia.

Frontotemporaalinen dementia ja aivojen hyperperfuusio Yksifotoniemissiotietokonetomografia (SPECT) -tutkimukset ovat osoittaneet, että aivojen verenvirtaus on merkittävästi vähentynyt FTD-potilaiden otsa- ja temporaalisilla alueilla (Miller et ai., 1997; Read et ai., 1995). Vähentyneen CBF:n anatominen jakautuminen vastaa neuropsykologisten puutteiden mallia (McMurtray et al., 2006).

Ei ole yllättävää, että FTD-potilaiden magneettikuvaus (MRI) ja tietokonetomografia (CT) osoittavat atrofiaa otsa- ja temporaalisilla alueilla (Mendez et ai., 1996; Neary ja Snowden, 1996). Kuitenkin Spilled et ai. (2005) olettivat, että hermoston rappeuma ja dementia ovat suurelta osin toissijaisia ​​aivoverenkiertohäiriöiden vuoksi. Verrattuna iäkkäisiin kontrolleihin, joilla oli optimaalinen kognitiivinen toiminta, DSM-IV-dementiapotilaat eivät eronneet merkittävästi iäkkäistä verrokeista aivoinfarktien lukumäärän suhteen. Dementoituneilla potilailla esiintyi merkittävästi enemmän valko-aineleesioita (p=.028) ja aivo-selkäydinnestettä (CSF; p=.016), mutta aivoverenkierron heikkenemisellä oli suurin vaikutus (p)

Toinen argumentti verenkierron keskeisestä roolista dementiassa on se, että Alzheimerin tautia sairastavilla potilailla, joilla on aivovaurioita (MRI-signaalin hyperintensiteettialueita), on lisääntynyt hapen poisto per ml/min. Eli ongelmana näyttää olevan veren tarjonta eikä kysyntä. Hapenpoiston odotetaan pysyvän muuttumattomana, jos heikentynyt verenvirtaus johtuisi kudosvauriosta (Spilt et al., 2005; Yamaji et al., 1997).

Positroniemissiotomografia (PET) -kuvaus FTD-potilailla paljastaa vähentyneen glukoosiaineenvaihdunnan frontaalisessa ja anteriorisessa ohimolohkossa, mutta myös cingulaarisessa gyrus-, insula-, uncus- ja subkortikaalirakenteissa (Jeong et al., 2005; Garraux et al., 1999). Ishi et ai., 1998). Grimmer et ai. (2003) teki pitkittäistutkimuksen kymmenellä potilaalla, joilla oli diagnosoitu FTD. Alkuarvioinnissa FTD-potilailla oli vähentynyt metabolinen aktiivisuus verrattuna kontrolleihin etukuoren alueilla, hännän ytimissä ja talamissa. 1-2 vuoden seurannassa havaittiin alkuperäisten puutteiden merkittävää etenemistä orbitofrontaalisessa aivokuoressa ja subkortikaalisissa rakenteissa.

Ottaen huomioon merkittävät todisteet, jotka yhdistävät dementian ja FTD:n erityisesti heikentyneeseen aivoverenkiertoon, oletamme, että FTD-potilaiden kouluttaminen lisäämään aivojen verenkiertoa lievittää FTD-oireita ja hidastaa taudin etenemistä.

Viimeaikaiset tutkimukset ovat ehdottaneet, että yksilöt voivat oppia lisäämään CBF:ää biopalautteen avulla. Yoo et ai. (2006) osoittivat, että osallistujat, jotka antoivat palautetta kuulokuoren fMRI-aktiivisuudesta musiikkia kuunnellessaan, pystyivät merkittävästi lisäämään veren keskimääräistä hapetusta sekä merkittävien vokseleiden määrää. Toinen tutkimus (deCharms et al., 2005) koulutti osallistujia muuttamaan fMRI-aktiivisuutta rostral anterior cingulate gyrus (RACG), alueella, joka liittyy kivun havaitsemiseen. Kontrolliolosuhteet sisälsivät valepalautteen tai palautetta eri aivoalueelta. Kun haitallista lämpöärsykettä käytettiin, osallistujilla oli vähentynyt kiputuntuma, kun heitä koulutettiin vähentämään RACG-aktiivisuutta, ja lisääntynyt kiputuntuma, kun heitä koulutettiin lisäämään RACG-aktiivisuutta. Tutkimuksen toisessa vaiheessa kahdeksan kroonista kipua potilasta ilmoitti kivun vähentyneestä fMRI-harjoittelun jälkeen samalla alueella.

fMRI maksaa yli 1000 dollaria istuntoa kohden, mikä jättää tämän hoidon useimpien potilaiden ulottumattomiin. On kuitenkin mahdollista tarjota CBF-neurofeedback aivokuoren uloimmalle 1,5 cm:lle suhteellisen halvalla laitteella, joka käyttää hapetetun hemogobliinin taiteominaisuuksia punaiseen ja infrapunavaloon (Toomim et al., 2004). Päänahkaan (yleensä otsaan) kiinnitetään valonlähde päänauhalla 3 cm:n etäisyydelle infrapunasensorista, joka havaitsee hapetetun veren suhteellisen absorption. Tämä menettely tunnetaan nimellä hemoenkefalografia tai HEG. Toomim et ai. (2004) osoittivat, että kymmenen istuntoa paransi impulsiivisuuspisteitä huomiomuuttujien testissä (TOVA) 28 potilaalla, joilla oli erilainen psykopatologia. Carmen (2004) antoi frontaalisen HEG:n 100 migreenipotilaalle ja havaitsi, että 90 % vähintään kuusi hoitokertaa suorittaneista ilmoitti migreenin oireiden merkittävästä paranemisesta. Yhdessä tapaustutkimuksessa Mize (2004) raportoi, että ADHD-lapsella oli merkittävä parannus IVA:ssa, mikä parannus jatkui 18 kuukauden seurannan ajan.

Frontotemporaalinen dementia ja huippualfataajuus

Terveiden aikuisten PAF on keskimäärin 10-11 Hz. Korkeampi PAF liittyy korkeampaan muistin suorituskykyyn (Klimesch, 1997), lukukykyyn (Suldo, 2000), sanavarastoon ja vasteenhallintaan (Angelakis et al., 2004a). Kognitiivisten tehtävien sarjan jälkeen PAF väheni traumaattisilla aivovammapotilailla normaaleihin kontrolleihin verrattuna, mutta vain heikosti tai ei-merkitsevästi verrattuna kontrolleihin tehtävän aikana tai perusolosuhteissa. Siten Angelakis et ai. (2004b) väitti, että PAF on sekä kognitiivisen valmiuden ominaisuus että tilamerkki. Passant et al (2005), Chan et ai. (2004) ja Yenner et ai. (1996) kaikki havaitsivat PAF:n vähenemisen FTD-potilailla.

Oletamme, että korkeamman PAF:n palkitseva EEG-biofeedback johtaa oireiden paranemiseen FTD-potilailla. EEG-biopalautteessa tai neurofeedbackissa yksilön reaaliaikainen EEG esitetään jatkuvasti visuaalisena tai kuulosignaalina, ja halutut muunnelmat palkitaan. Äskettäinen kaksoissokkoutettu kontrolloitu tutkimus (Angelakis et al., 2007) osoitti, että neurofeedbackin palkitseminen lisäsi PAF:ää paransi kognitiivista prosessointinopeutta ja toimeenpanotoimintaa normaaleissa iäkkäissä aikuisissa.

Neurofeedbackin teho terapiana on osoitettu tarkkaavaisuushäiriön (ADHD), epilepsian, ahdistuneisuuden ja riippuvuushäiriöiden hoidossa. Muita häiriöitä, kuten skitsofreniaa, masennusta, oppimisvaikeuksia (LD) ja traumaattista aivovauriota tutkitaan ehdokkaina neuropalauteterapiaan (Monastra, 2003).

Frontotemporaalinen dementia ja EEG-ohjattu AVS

Kuten EEG-neurofeedback, EEG-riippuvainen kuulo- ja visuaalinen stimulaatio (AVS) on osoittanut lupauksen parantaa kognitiivista toimintaa muuttamalla PAF:ää. Huomattava määrä tutkimusta on osoittanut, että rytminen AVS voi indusoida EEG-rytmejä, jotka vastaavat stimulaatiotaajuutta (Frederick et al., 2004). Russell (1997) raportoi tutkimuksesta, jossa LD- ja ADHD-lasten jatkuvasti vaihtelevaa PAF:ää käytettiin signaalina tuottamaan AVS vuorotellen 5 % PAF:n yläpuolella ja 5 % alle PAF:n 30 sekunnin välein 20 minuutin istunnoissa. Vaikka tämän tutkimuksen teoreettisena tavoitteena oli parantaa PAF:n joustavuutta (ei muuttaa keskimääräistä frekvenssiä), se osoitti, että PAF:n hoitaminen voi tehokkaasti hoitaa kognitiivisia toimintahäiriöitä. Nämä lapset paransivat merkittävästi kognitiivisia ja käyttäytymismenetelmiä, jotka säilyivät 16 kuukauden seurantaan asti.

Oletamme, että samanaikainen EEG-ohjattu fotostimulaatio PAF:n tehostamisen neurofeedbackin aikana (jossa palkinnot esitetään kuuloääninä, silmät kiinni) lisää PAF-parannuksen oppimisnopeutta ja parantaa terapeuttista tehokkuutta verrattuna pelkkään PAF-neurofeedbackiin. Sen lisäksi, että rytminen fotostimulaatio auttaa indusoimaan korkeampaa PAF:ää, se lisää CBF:ää indusoimalla toistuvia aktivaatioaaltoja koko aivoissa. Siksi se voi myös tehostaa yllä osassa I kuvatun HEG-koulutuksen vaikutuksia.

Neurofeedbackin vaikutusmekanismin ymmärtäminen voisi mahdollisesti johtaa jalostuneempiin hoitomenetelmiin, joiden tehokkuus paranee. Ehdotamme kolmea mittausta, jotka parantaisivat neurofeedbackin toiminnan ymmärtämistä.

1. EEG-neurofeedbackissa yleinen käytäntö on, että palkkiosignaali säädetään niin, että asiakas viettää suurimman osan ajasta palkkioäänen ollessa päällä. Tämän uskotaan parantavan motivaatiota ja mukautumista, mutta syy voi olla toinenkin. Kun palkkioääni sammuu, se on harvinainen tapahtuma, joka vaatii käyttäytymismuutosta. Tämä tilanne on samanlainen kuin monien tutkimusten suunnittelu, jotka ovat osoittaneet, että odotetun ärsykkeen puuttuminen herättää EEG:ssä positiivisen taipuman, jota kutsutaan P300-aaltoksi. P300 on yhdistetty orientaatiorefleksiin ja tausta-EEG-rytmien vaiheen palautukseen. Jos havaitaan suurempi P300 palkkion sävyn poikkeaman aikana kuin palkitsemisäänen alkaessa, tämä viittaa siihen, että aivot reagoivat palkkion menettämiseen sähköisellä signaalilla, joka häiritsee ja nollaa käynnissä olevan EEG-toiminnan. Tämä tarjoaisi riippumattoman fysiologisen tuen tavanomaiselle kliiniselle viisaudelle tarjota toistuvia palkkioita.
2. Jotkut teoreetikot väittävät, että neurofeedbackin tehokkuus riippuu häiriön kanssa korreloivan epänormaalin fysiologian (esim. PAF tai CBF) normalisoitumisesta (Duff, 2004). Toiset (Othmer, Othmer ja Kaiser, 1999) väittävät, että neurofeedbackin tehokkuus johtuu aivojen mukautuvista vasteista koulutuksen aiheuttamiin muuttuneisiin aivotiloihin. Tämä malli on samanlainen kuin masennuslääkkeiden tehokkuutta selittävä malli, ja se voisi selittää useiden harjoitusten tärkeyden viikkojen ja kuukausien harjoittelun aikana. Näin ollen mittaamme, liittyvätkö muutokset kliinisissä ja neuropsykologisissa testimuuttujissa PAF:n ja CBF:n muutoksiin (keskiarvo ja varianssi per istunto). Tämän tutkimuksen fysiologisten ja psykologisten muuttujien väliset suhteet (tai niiden puuttuminen) auttavat alan ymmärtämään, kuinka neurofeedback toimii.
3. HEG-koulutusta kohtaan esitetty kritiikki EEG-biofeedbackin puolesta on se, että verenvirtauksen muutokset ovat tyypillisesti toissijaisia ​​hermosolujen toiminnan aiheuttamiin metabolisiin vaatimuksiin. Näin ollen on epäselvää, harjoitteleeko HEG-palaute epäspesifistä EEG-aktivaatiota vai liittyykö siihen jokin muu mekanismi. Ehdotamme EEG:n mittaamista HEG-harjoituskohdan vieressä sen määrittämiseksi, korreloivatko HEG-muutokset EEG-aktivaatioon (tehostettu 14-21 Hz ja alennettu 4-7 Hz:n amplitudi tai lisääntynyt PAF). On yhtä kiinnostavaa nähdä, kasvaako HEG-verenvirtauksen intensiteettimitta PAF-harjoittelun aikana.